引言随着科技的进步，大型的公共建筑日益增多。公共建筑由于人流量大等原因导致建筑能耗过大，因此，如何降低建筑能耗已成为摆在人类面前的一个亟待解决的问题。近年来，被动式超低能耗建筑得到了快速发展，相关的研究也越来越深入，在控制建筑能耗方面取得了很大成就［1-2］。许多国家已经开始重视并着手解决建筑节能问题。德国对于被动房的研究在世界范围内处于领先水平，并且已经出台了超低能耗建筑标准，拥有了成熟的技术体系［3］。为了降低能耗、节约能源而产生的被动式超低能耗建筑已经成为每个国家今后发展的重点领域，在世界各个国家得以广泛推广。本文以青岛国际院士港二期项目为例，在不同节能标准下，利用DeST软件进行模拟计算，并对不同节能标准下的计算结果进行分析对比［4-7］，研究在不同环境条件下对建筑能耗分析的影响，为建筑节能技术的发展提供参考。1院士楼的建筑能耗模拟1.1气候特征青岛市处于山东半岛沿海，其位于119°30′E～121°00′E、35°35′N～37°09′N，受北温带季风的影响，属于温带季风性气候。由于地处沿海，故青岛市又会受到东南季风的影响，所以具有明显的海洋性气候的特征。1.2建筑概况青岛国际院士港二期项目位于青岛市李沧区以东，处于金水路、东川路、九水路和李村河的交汇地带。其中6#院士楼拟建为近零能耗建筑，其建筑面积7 862.28 m2、建筑高度23.1 m。建筑物地上部分共5层，首层5.1 m、其余各层4.5 m；地下室部分共有4层，其中第4层为车库，第1层和2层为地下室，地下室层高4.5 m；在顶层另含1个高3.6 m的机房。建筑物地上部分各层的主要功能区包括展示展览、实验室、会议室等。围护结构所用的保温材料如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T001表1建筑维护结构保温材料围护结构部位材料外墙250 mm岩棉屋面300 mmXPS非采暖楼梯间和采暖房间间隔墙15 mm保温层砂浆非供暖房间与供暖房间之间的楼板150 mm 挤塑聚苯板门窗幕墙铝包木框架1.3模拟用气象数据模型的原型是青岛国际院士港二期项目6#号楼，其外立面如图1所示。该建筑坐落于崂山区，DeST中没有青岛市的气象数据。由于威海市与青岛市同为受海洋影响的山东省沿海城市，且两者的大气候大致相同，所以用威海市成山头的气象数据代替青岛市区的气象数据。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.F001图1青岛国际院士港6 #号楼外立面图威海成山头模拟用全年室外逐时气温变化如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.F002图2模拟用全年室外逐时温度2建筑内部热扰设定2.1建筑内部热扰参数设定设定楼梯间和电梯井为非空调房间，其余房间均为空调房。以会议室为例，各参数为：极轻活动、家具系数10、最低照度300。人员热扰指标类型选择为平方米指标，产湿量为0.109，分配模式设置为缺省人员热扰。灯光热扰指标类型选择为平方米指标，分配模式设置为缺省灯光热扰。最大功率为11 W，电热转换效率为0.9。设备作息指标类型选择为平方米指标，分配模式为缺省设备热扰，最大功率为5 W，产湿量为0。人员、建筑物灯光内部、设备热扰设定值分别如表2~表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T002表2人员热扰设定值房间功能人员密度/(㎡/人)人均发热量/W人均新风量/(m³/h)人均产湿量/(kg/h)会议室0.3061300.109办公室0.1066300.102卫生间0.1066300.102走廊0.0258200.184设备间061300.109大堂门厅0.05580.18420仓储间000010.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T003表3灯光热扰设定值房间功能最大功率/W最小功率/W电热转换效率会议室1100.9办公室1800.9卫生间1800.9走廊500.9设备间500.9大堂门厅1500.9仓储间000.910.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T004表4设备热扰设定值房间功能最大功率/W最小功率/W最大产湿量/(kg/h)最小产湿量/(kg/h)会议室5000办公室13000卫生间13000走廊0000设备间0000大堂门厅0000仓储间00002.2地下室热扰动参数设置在院士楼中，除楼梯间和电梯井外，有围护结构的地下室房间仍旧具备办公功能，因此其具有办公功能的房间热扰参数参照上一部分的办公室热扰参数进行设定。2.3楼梯间热扰动参数设置地下室至顶层的楼梯间和电梯井均设置为非空调房间。把“楼梯间”设置为其房间功能；极轻活动；家具系数设置为10；最低照度设定为500.0。平方米为其指标类型，配置类型设置为默认人员热扰动。1代表人员完全活动，0代表人员静止。楼梯间人员、灯光、设备热扰设定值如表5~表7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T005表5楼梯人员的热干扰设定值人员密度/(㎡/人)人均发热量/W人均新风量/(m³/h)人均产湿量/(kg/h)0.166300.10210.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T006表6楼梯间灯光的热干扰设定值最大功率/W最小功率/W电热转换效率1800.910.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T007表7楼梯间设备的热干扰设定值最大功率/W最小功率/W最大人均产湿量/(kg/h)最小人均产湿量/(kg/h)130002.4围护结构的参数设置该建筑为被动式节能建筑，根据图纸信息可知被动式区域范围。由于被动式构造措施信息较少，故采用其他材料代替围护结构原有材料进行尝试分析。模拟用围护结构参数如表8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T008表8模拟用围护结构围护结构厚度/mm导热系数/[W/(m·K)]热惰性指标传热系数/[W/(㎡·K)]外墙50+3701.4023.8820.641有保温内墙160+501.3033.0670.652无保温内墙1600.242.3362.13楼地30+60+50+2401.3123.804—楼板160+501.212.71—地下室墙体50+3701.4023.88 20.6413模拟能耗分析对比3.1模拟分析只改变围护结构的各种参数，其他均保持不变。将在3种节能标准下的模拟结果分与被动式节能住宅模拟结果进行对比分析。模型一为院士楼模型，模型二为在75%节能标准下的模型，按照规范进行参数设置，计算负荷。模型三为65%节能标准模型，按照规范进行参数设置，计算负荷。模型四为按50%节能标准模型计算负荷。围护结构参数均按照《山东省居住建筑节能设计标准》（DB37-5026—2014）的规定设置。利用DeST模拟软件计算时间如表9所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T009表9利用DeST模拟软件计算时间季节设定月份日期总小时数/h采暖季开始日期11150～1 776采暖季结束日期3157 656～8 760空调季开始日期613 625～5 833空调季结束日期830根据DeST软件计算，可以得到全年逐时空调负荷，如图3～图7所示。由图3和图4可以清楚地看到年度负荷变化趋势。模拟结果见表10。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.F003图3全年逐时空调负荷10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.F004图4全年逐时单位面积空调负荷10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.F005图575%节能标准下全年逐时单位面积空调负荷10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.F006图665%节能标准下全年逐时单位面积空调负荷10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.F007图750%节能标准下全年逐时单位面积空调负荷10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T010表10模拟结果汇总项目模型一模型二模型三模型四建筑空调面积/㎡7 800.537 800.537 800.537 800.53建筑负荷统计全年最大热负荷/kW481.42468.77489.55523.76全年最大冷负荷/kW465.51454.79444.09442.98全年累计热负荷/kWh483 447.63449 608.95499 608.55561 976.69全年累计冷负荷/kWh274 953.70264 476.82240 104.90237 811.63建筑负荷面积指标全年最大热负荷指标/(W/㎡)61.7260.0962.7667.17全年最大冷负荷指标/(W/㎡)59.6858.3056.9356.79全年累计热负荷指标/(kWh/㎡)61.9857.6464.0572.04全年累计冷负荷指标/(kWh/㎡)35.2533.9030.9830.49建筑分季节负荷指标采暖季热负荷指标/(W/㎡)16.5415.5216.8418.76空调季冷负荷指标/(W/㎡)12.8712.4311.4311.49由仿真结果可知，当节能标准为75％时，与院士楼的虚拟设置数据相比，空调季节的年累计热负荷和累计制冷负荷分别减少了7.0％和3.8％。相比院士楼，建筑负荷的面积虚拟设置的数据降低了7.0%和3.8%。由此可知，二者有相同的变化率。虚拟设置的院士楼围护结构接近75%的节能效果，基本符合被动式建筑要求。当节能标准为65%时，采暖季的全年累计热负荷为499 608.85 kWh，全年空调累计冷负荷为240 104.90 kWh。面积指标方面，累计热负荷为64.05 kWh/m2，累计冷负荷30.98 kWh/m2。可知虚拟设置的院士楼围护结构比65%标准下的建筑节能效果要好。当节能标准是50%时，采暖季的累计热负荷是561 976.69 kWh，空调累计冷负荷是237 811.63 kWh。面积指标方面，累计热负荷为72.04 kWh/㎡，累计冷负荷为30.49 kWh/㎡，虚拟设置的院士楼围护结构比50%标准下的建筑节能效果要好。3.2模拟结果的对比分析由模拟结果可以看出，在供暖季节，院士楼、75%、65%以及50%节能标准下的累计热负荷指标分别为61.98 、57.64 、64.05 、72.04 kWh/（㎡·a），模拟用院士楼围护结构相较于其他几个节能标准下的热负荷能耗分别减少-4.34 、2.07 、10.06 kWh/（㎡·a），提高能耗指标分别为-7.0%、3.3%和16.2%。在一个空调季内，4种模型住宅累计冷负荷指标分别为35.25 、33.90 、30.98 、30.49 kWh/（㎡·a），可知模拟用院士楼围护结构相较于其他几个节能标准下的热负荷能耗减少1.35 、4.27 和4.76 kWh/（㎡·a），提高能耗指标分别为3.8%、12.1%和13.5%。3.3不同地点的能耗分析对比为验证不同维度不同地点对于DeST能耗分析的影响，在建筑的主体结构和围护结构都不变的情况下，只改变地理位置信息，对同一个建筑按规范进行修正，计算负荷［8-11］ 。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.001.T011表11不同地区模拟计算结果项目嫩江市广州市建筑空调面积/m27 800.537 800.53建筑负荷统计全年最大热负荷/kW1 046.27193.61全年最大冷负荷/kW428.39879.04全年累计热负荷/kWh1 475 478.1218 998.00全年累计冷负荷/kWh76 420.851 310 993.05建筑负荷面积指标全年最大热负荷指标/(W/m2)134.1324.82全年最大冷负荷指标/(W/m2)54.92112.69全年累计热负荷指标/(kWh/m2)189.152.44全年累计冷负荷指标/(kWh/m2)9.80168.06建筑分季节负荷指标采暖季热负荷指标/(W/m2)46.460.75空调季冷负荷指标/(W/m2)4.2336.04选取黑龙江省嫩江市作为寒冷地区代表，选取广东省广州市作为炎热地区代表，用原有模型修正地点后重新进行模拟计算，模拟计算结果如表11所示。将3个地区的模拟结果对比，发现在1个采暖季内，成山头、嫩江市、广州市模拟计算结果的累计热负荷指标分别为61.98 、189.15 、2.44 kWh/（㎡·a）。在1个空调季内，成山头、嫩江市、广州市模拟计算结果的累计冷负荷指标分别是35.25 、9.80 、168.06 kWh/（㎡·a）。由此可以看出，地理位置对于DeST能耗分析计算结果的影响极大；寒冷地区热负荷指标大、冷负荷指标小，而炎热地区热负荷指标小、冷负荷指标大。4结语本文利用DeST能耗模拟分析软件，以青岛国际院士港二期项目6#号楼为原型，建立模型进行能耗模拟。按照《山东省居住建筑节能设计标准》（DB37-5026—2014），在建筑地点、热扰等参数均相同的情况下，只改变外围护结构的参数，分别建立了75%、65%、50%节能标准下的模型，并与原模型计算结果进行了对比分析。比较上述的模拟结果，在一个供暖季内，院士楼、75%、65%和50%节能标准累计热负荷指标分别为61.98、57.64、64.05、72.04 kWh/（m2·a），可知模拟用院士楼围护结构相较于其他几个节能标准下的热负荷能耗分别减少了-4.34、2.07、10.06 kWh/（m2·a），提高能耗指标分别为-7.0%，3.3%和16.2%。在1个空调季内，被动式低能耗住宅、75%、65%和50%节能标准住宅累计冷负荷指标分别为35.25、33.90、30.98、30.49 kWh/（m2·a），可知模拟用院士楼围护结构相较于其他几个节能标准下的热负荷能耗分别减少1.35、4.27 和4.76 kWh/（m2·a），提高能耗指标分别为3.8%、12.1%和13.5%。由此可知，原建筑比65%和50%节能标准下更加节能。同时，为讨论不同的地理位置对能耗分析的影响，分别设置了黑龙江省嫩江市、广东省广州市两组地点的模型，与威海成山头地点的模型进行对比。结果发现，在一个采暖季内，成山头、嫩江市、广州市模拟计算结果的累计热负荷指标分别为61.98、189.15、2.44 kWh/（m2·a）。在一个空调季内，成山头、嫩江市、广州市模拟计算结果的累计冷负荷指标分别为35.25、9.80、168.06 kWh/（m2·a），地理位置对于DeST能耗分析的影响较大。